达尔文的说法似乎是有一定的道理。但却没有足够的证据,所以一直没有引起人们的重视。20世纪60年代,随着植物生理学的高速发展,科学家们开始深入研究植物的睡眠运动,并提出了不少的解释理论。
最初,解释植物睡眠运动最广泛的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽可能少地遭受月光的侵害。因为过多的月光照射,可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜变化的适应。然而,使人们感到迷惑不解的是,为什么许多没有光周期现象的热带植物,同样也会“犯困”?这一点用“月光理论”是无法解释清楚的。
后来科学家又发现,有些植物的睡眠运动并不受温度和光强度的控制,而是由于叶柄基部中一些细胞的膨压变化引起的。如合欢树、酢浆草、红三叶草等,通过叶子在夜间的闭合,可以减少热量的散失和水分的蒸发。尤其是合欢树,叶子不仅仅在夜间关闭睡眠,当遭遇大风大雨时,也会逐渐合拢,以防柔嫩的叶片受到暴风雨的摧残。这种保护性的反应是对环境的一种适应。
科学家们提出一个又一个观点,但是未能有一个圆满的解释依据。正当他们感到困惑的时候,美国科学家恩瑞特在进行了一系列有趣的实验后提出了一个新的解释。他用一根灵敏的温度探测针在夜间测量多种植物叶片的温度,结果发现,呈水平方向(不进行睡眠运动)的叶子的温度,总比垂直方向(进行睡眠运动)的叶子的温度要低1℃左右。恩瑞特认为,正是这仅仅1℃的微小温度差异,成为阻止或减缓叶子生长的重要因素。因此,在相同的环境中,能进行睡眠运动的植物生长速度较快,与不能进行睡眠运动的植物相比,它们具有更强的生存竞争能力。
随着研究的深入,科学家还发现了一个有关植物睡眠的有意思的现象:植物竟能与人一样也有午睡的习惯。植物午睡的时间,一般大约是在中午11时至下午2时。此时,叶子的气孔关闭,光合作用明显降低。为什么会出现这一种现象?科学家认为,植物午睡主要是由于干燥炎热的大气环境引起的。午睡是植物在长期进化过程中形成的一种抵抗干旱的本能,为的是减少水分散失,以便在不良环境中生存下来。看来,植物为啥“犯困”,说道还真不少。
植物自卫之谜
植物在遇到危险时能不能像某些动物那样奋起自卫?不少科学家正想方设法对此作出令人满意的答复。
1970年,美国阿拉斯加州的原始森林中野兔横行,它们疯狂地啃食嫩芽、破坏树根,严重威胁着植物的生存。人们绞尽脑汁围捕野兔,但收效不大。就在这时,奇迹出现了,野兔集体闹肚子,死的死,逃的逃,几个月后森林中再也见不到它们的踪迹了。原来,被野兔啃过的植物重新长出的芽、叶中产生了大量的叫“萜烯”的化学物质。野兔吃了它,厄运就降临了。1981年,同样的事情再度上演。一种叫舞毒蛾的害虫袭击了美国东部的橡树林,4万平方千米的橡树林中的叶子在短短的时间内被啃得精光。严重的灾情使林业学家们一筹莫展,因为对付舞毒蛾这种危害性极强的害虫,任何措施都无济于事。可奇迹又出现了,植物的“自卫”使橡树林在遭灾一年后又恢复了青春。橡树叶的化学成分分析表明,虫咬前叶子所含的单宁酸并不多,但在被舞毒蛾噬咬后,橡树叶中单宁酸含量大增。单宁酸一旦跟舞毒蛾胃内的蛋白质结合,舞毒蛾就很难消化橡树叶,变得病恹恹的,或一命呜呼,或被鸟类啄食。
英国植物学家厄金·豪克伊亚发现白桦树和枫树也会自卫:受到害虫进攻后,在几小时或几天内就能生成酚类、树脂等杀虫物质。有趣的是,美国科学家还发现,受害的柳树、糖槭等植物会通过散发一种可挥发性物质,向远处的伙伴发出入侵的警报,及时通知同类作好集体自卫的准备。
植物既无神经,也无意识,它们是如何感受到害虫侵袭的?又是如何适时调整,生成对自身无害而对害虫却足以致命的化学物质?它们又是如何发出和接收入侵“警报”的?这些至今还是难解的谜。
黏菌植物之谜
1992年8月,陕西省周至县尚村乡张寨村农民杜战盟,到邻县永安村边的渭河中打捞浮柴。忽然,他感到左脚踩着了一块软乎乎的东西。他把拖到河边一看,原来是一堆“烂肉”似的东西。在伙伴们的帮助下,他把这团“烂肉”拖回家,一称23.5公斤。他切下一小块,煮食,味道独特,十分好吃。但没有想到,3天后,“肉团”已长到35公斤。杜战盟一家惊讶不已。他随即赶到县城,向有关部门报告了这一怪事。
西北大学生物系教师杨兴中闻讯后,匆忙赶到杜战盟家中。他看着那块奇怪的东西放在一个盛满水的大铁锅中。经测量,那东西长75厘米,宽50厘米,周长110厘米,通体为褐黄色,局部呈珊瑚孔状,内部呈白色,有明显分层,手感柔软。这位从事生物教学和研究的教师一下子愣住了,他也弄不明白眼前的“怪物”是什么。西安市市长崔林涛指示,由市科委组织西北大学、西安医科大学、西安动物研究所等科研单位进行联合测定。经生化、生理、动物、植物、细胞、微生物、真菌等方面的13位专家从呼吸、蛋白质含量、活体培养、动植物器官和真菌分离等方面对其进行了测定,结果令专家们惊喜万分。这团“烂肉”既有原生动物的特点,又有真菌的特点,是世界罕见的大型黏菌复合体,也是我国首次发现的珍稀生物,有较高的科学研究价值。
目前,黏菌的研究在国际上还是个空白,属于世界生物或植物学领域的一大攻关课题。但是,黏菌旷世罕有,全世界仅在我国唐代的珍贵文献中有过记载和1973年美国阿拉斯加州有过发现。唐代的记载简单,不足为科学鉴定的依据。美国的发现,由于对黏菌保管不善,3个星期后黏菌便死去,美国研究人员对此后悔不己。
1992年10月26日,日本明仁天皇访问西安市,参观了这个大型黏菌复合体。在海洋生物研究方面有着很深造诣的明仁天皇,用手触摸着这个“怪物”说:“谢谢你们让我参观这个稀有的东西。”
据西北大学的专家们说,该生物前不久还活着,并且已经长到39公斤,研究人员把它放进一个装有自来水的大玻璃缸中,它仍然以3%的增长速度生长着。
据有关资料记载,黏菌属黏菌门,是介于动物和植物之间的一类生物体。该生物体中,有一段具动物性,有一段具植物性,即其营养体为变形虫形无细胞壁的多核原生质团,无叶绿素,行动与摄取食物的方法与原生动物相同,但生殖期间产生孢子,而孢子具有纤维素壁,这又是植物性的。
究竟黏菌是植物还是动物,因为它罕见稀有,人们对它研究甚少,现在还无法确定。但有一点可以肯定,由于它至少具有上述两种生物的特征,因此有很高的研究价值。
植物分布之谜
地球上的种子植物有20~25万种。它们的分布情况十分有趣,有的种类分布的范围极广,例如藜科植物中的藜(又名灰菜)。藜是一种一年生草本植物,喜欢生长在荒废地上,特别是垃圾堆附近。春天,藜的种子发芽,一长一大片。它们属于世界性广泛分布的物种,欧、亚、美洲均有。禾本科的狗尾草也属于世界性的物种。
有些物种分布范围却比较窄,如油桐、杜仲,它们都是我国的特产。有的物种不仅分布范围窄,而且生存环境特殊。例如太行花,属蔷薇科,只在河南北部、河北西南部和山西南部能见到,且多生长于干旱地区或岩石缝中。又如绒毛皂荚,只在湖南的南岳衡山有,且只有两株,是珍稀濒危植物……
十分有趣的是,有些植物的分布是间断的。如天麻,属兰科。我国东北有,西南有,而华北却极少见。木兰科的鹅掌楸属只有两个种,一个种分布在中国,一个种分布在美国,中间隔着浩瀚的太平洋,这两个种的形态十分相似,这也是一种间断分布。
植物学家们对植物的分布,尤其是间断分布有着浓厚的兴趣。他们对为什么产生这种现象迷惑不解,但又舍不得丢下这类问题不管。近一二百年来,国内外学者对植物的分布之谜作了大量研究,搞清了其中一些问题,但有些问题仍停留在学术讨论阶段,有些则根本不知道是怎么回事。
有这样一些植物,同是一个种,有的居群分布在东北,有的居群分布在西南, 而华北却没有(居群是由同种的个体组成的,居群有大有小,一个种是由许多居群组成的)。居群之间竟可以间隔这么远,这就叫做间断分布。属兰科的天麻,就是上述这样的种,唇形科的夏枯草也类似,在东北有分布,在华北没有分布,而在属于长江流域的安徽却有很多。
为什么会出现这种间断分布呢?一些植物学家推想,这些植物原来是不间断分布的,后来由于某一地区环境变化,不再适宜于这种植物生长而导致该种绝迹,于是就出现了分布区中的间断现象。例如天麻,在华北地区本来没发现有分布,忽然有一年在河北省井陉地区发现少量的野生天麻,这说明华北地区以前也曾有天麻分布。可能因为天麻是著名的药材,大量的人工采挖使它在华北绝迹了,今天偶尔见到几棵,也许是大难不死侥幸逃脱的“幸运”者。所以人工保护自然植物资源是十分必要的。
间断分布会不会是一个种从两个不同地区起源而造成的呢?这个可能性不大。一般来说,种的起源总是一次,不可能两次。
一个有趣的例子是,在紫草科的附地菜属中,有一种蒙山附地菜,历来被认为是山东特产,也只分布于泰山和蒙山。这是一种极不起眼的小草本植物,花也极小。近些年来调查发现,在北京市门头沟区的龙门涧也有该种植物。而且它是一位业余采集者采到的,经鉴定确认为蒙山附地菜。从北京到山东泰山的距离不短,这无疑是间断分布。这个间断地区并无重大环境变化,为什么这种小草会间断分布呢?
蒙山附地菜不能当菜吃,也不是什么了不起的中草药或花卉,因此它不会被人大量采挖,也不大可能是有人从山东带了它的种子(不管有意或无意)来撒在北京的。因此,这种间断分布真不知是怎么回事了。
植物感觉功能之谜
在千姿百态的植物世界里,神秘莫测的现象多得是。有些植物不但有听觉、嗅觉和触觉,而且富有情感和表现音乐的才能。
科学家发现锦葵对外界的音响反应速度最快,称得上最佳“谈话”对象;秋海棠发出的声音优雅动听,不愧为最佳“歌手”。有些植物还有嗅觉,它们能发出吸引甲虫、苍蝇的气味——故意把自己的体温升高以致自身腐烂,使得整株植物臭不可闻,将甲虫和苍蝇吸引过来。
当植物的叶子受到摧折时,它们会表现出痛感,植物的电位测量能显示出电压的激发。如果在植物周围施放乙醚气体,对其作“麻醉”处理,植物便会“陶醉”起来。一些植物对气候的变化也会作出奇妙的反应。如马铃薯对气压的变化在两天前就有所反应;在印度尼西亚爪哇岛上的潘格兰格山上,生长着一种花,这种花平时很少见,每当火山要爆发,它就在爆发的前一天从山顶冒出来,预报消息。
怎样解释植物在感觉等方面与动物、人类有惊人的相似之处呢?有的科学家推测:这大概是因为生物都是从共同的祖先——活细胞演变而来的。如果植物的这些特异功能之谜被揭开,我们一定能让它们更好地造福于人类。
植物性变之谜
在美国缅因州和佛罗里达州的森林里,生长着一种叫做印度天南星的植物。它四季常绿,在长达15年~20年的生存期中,总是不断地改变着自己的性别,从雌性变为雄性,又从雄性变雌性。
大多数植物都是雌雄同株的,在一株植物体上既有雌花又有雄花,或者一朵花中同时有雌雄器官。而印度天南星却不断改变性别。
早在20世纪20年代,植物学家就发现了印度天南星的性变现象,可是长期以来,始终猜不透其中的缘由。美国一些植物学家研究发现,中等大小的印度天南星通常只有一片叶子,开雄花;大一点的有两片叶子,开雌花,而在更小的时候,没有花,是中性的,以后既能转变为雄性,也能转变为雌性。经过进一步的观察,他们又发现,当印度天南星长得肥大时常变成雌性;当植物体长得瘦小时又变成雄性。因此,他们认为,印度天南星的性变是植物“节省”能量、生存应变的策略。植物和动物一样,雌性植物产生后代所需要的能量比雄性植物产生精子所需要的能量要多。印度天南星的种子比较大,所需的能量比一般植物多,如果年年结果,能量和营养都会入不敷出,结果会使植物越来越瘦小,甚至因营养不良而死去。所以,只有长得壮实肥大的植物才变成雌性,开花结果。结果后,植物瘦弱了,就转变为雄性。这样可以大大节省能量和营养。经过一年“休养”,待它们恢复了元气,再变成雌性,又开花结果。
有趣的是,这种植物的性变不只是用来繁殖后代,还被用来应付不良环境。植物学家发现,当动物吃掉印度天南星的叶子,或大树长期遮挡住阳光时,印度天南星也会变成雄性,直到这种不良环境消失后,它们才变成雌性,繁殖后代。
植物返老还童之谜